JP4385938B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータに関するものである。

例えば、レーザープリンタ等に用いられるアクチュエータとしてポリゴンミラー（回転多面体）が知られている。
しかし、このようなポリゴンミラーにおいて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷を達成するには、ポリゴンミラーの回転をさらに高速にしなければならない。
現在のポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが使用されているが、今以上の高速回転を得るのは困難となっている。また、高速にするためには、大型のモーターが必要であり、機器の小型化の面で不利であるという問題がある。
このようなポリゴンミラーを用いると、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題も生じる。

また、図１０に示すような、平行平板状に電極を配置した１自由度のねじり振動子は、その構造が簡単なことから、アクチュエータの研究初期から提案されている（例えば、非特許文献１参照）。また、前記ねじり振動子をカンチレバー方式とした１自由度静電駆動型振動子も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
図１０の１自由度静電駆動型ねじり振動子は、ガラス基板１０００上の両端部にスぺーサ１２００を介してシリコンの単結晶板からなる可動電極板１３００の両端固定部１３００ａを固定し、この可動電極板１３００の両端固定部１３００ａ間に、細巾のトーションバー１３００ｂを介して可動電極部１３００ｃを支持させ、また、その可動電極部１３００ｃに電極間隔を置いて対向させる固定電極１４００を、ガラス基板１０００上において前記可動電極部１３００ｃに対し平行配置している。可動電極板１３００と固定電極１４００との間にはスイッチ１６００を介して電源１５００が接続される。

前記構成を有するねじり振動子は、可動電極部１３００ｃと固定電極１４００との間に電圧を印加すると、静電引力によりトーションバー１３００ｂを軸として可動電極部１３００ｃが回転するものである。しかるに、静電引力は電極間隔の二乗に反比例するため、この種の静電アクチュエータにおいては電極間隔を小さくすることが望まれる。しかし、上述した１自由度の構造では、可動電極部１３００ｃが電極と可動部を兼ねるため、電極間隔を狭くすると変位（回転角）に制約が生じ、また可動範囲を大きくとるためには電極間隔を大きくする必要がある。このため、低電圧駆動と大振幅の両立が困難であるという問題がある。

K.E.Petersen:"Silicon Torsional Scanning Mirror",IBMJ.Res.Develop.,vol.24(1980)、P.631 河村他："Ｓｉを用いたマイクロメカニクスの研究"、昭和６１年度精密工学会秋季大会学術講演会論文集、P.753

本発明の目的は、大きな振れ角での駆動が可能なアクチュエータを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、支持部と、可動部と、前記可動部を介して該可動部の両側部に１つずつ設けられた一対の駆動部と、各前記駆動部と前記支持部とを、各前記駆動部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する一対の第１の弾性連結部と、各前記駆動部と前記可動部とを、前記可動部が各前記駆動部に対して回動可能となるように連結する一対の第２の弾性連結部とを備え、シリコンで構成された構造体と、
前記可動板および各前記駆動部と対向するように設けられた対向基板とを有し、
前記支持部、前記可動部、各前記駆動部、各前記第１の弾性連結部および各前記第２の弾性連結部がシリコンで一体的に形成され、
各前記第１の弾性連結部は、前記可動部の回動中心軸を中心に、互いに所定距離離間した２本の連結部材で構成され、
前記対向基板の前記可動板および各前記駆動部側の面には、各前記駆動部に対応する位置に、一対の電極が、前記回動中心軸を中心に対称となるように設けられており、
前記駆動部と前記電極との間に交流電圧を印加することにより、各前記連結部材を曲げ変形させつつ各前記駆動部を前記回動中心軸を中心に回動させ、それに伴い、前記第２の弾性連結部をねじり変形させつつ前記可動部を回動させるアクチュエータであって、
各前記連結部材および各前記第２の弾性連結部の形状は、互いに等しく、
各前記第１の弾性連結部のばね定数は、１×１０ ^−４ 〜１×１０ ^４ Ｎ・ｍ/ｒａｄであり、
各前記第２の弾性連結部のばね定数は、１×１０ ^−４ 〜１×１０ ^４ Ｎ・ｍ/ｒａｄであり、
前記第２の弾性連結部に対して、前記第１の弾性連結部の、前記回動中心軸まわりのねじり剛性が大きいことを特徴とする。
これにより、可動部の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記第２の弾性連結部に対して、前記第１の弾性連結部の断面２次極モーメントが大きいことが好ましい。
これにより、可動部の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記可動部に、光反射部が設けられていることが好ましい。
本発明のアクチュエータは、各種のものに適用可能であるが、例えば光スキャナへの適用が好適であり、この場合、光の光路を容易に変更することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記交流電圧の周波数が、前記駆動部と前記可動部とが共振する２自由度振動系の共振周波数のうち低いものと略等しくなるように設定されていることが好ましい。
これにより、駆動部の振幅を抑制しつつ、可動部の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。

以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明のアクチュエータの実施形態について説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示すアクチュエータの電極の配置を示す平面図、図４は、印加する交流電圧の一例を示す図、図５は、印加した交流電圧の周波数と、駆動部および可動部の共振曲線を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１および図３中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

図１および図２に示すアクチュエータ１００は、一対の駆動部１、１１と、可動部２と、一対の支持部３、３とを有している。
このアクチュエータ１００は、可動部２が中心に位置し、可動部２を介し、駆動部１が一端側（図１および図２中、右側）に設けられ、駆動部１１が他端側（図１および図２中、左側）に設けられている。
駆動部１、１１および可動部２は、いずれも、ほぼ平板状をなしている。

また、駆動部１の図中右側に一方の支持部３が配置され、駆動部１１の図中左側に他方の支持部３が配置されている。
また、本実施形態では、駆動部１、１１は、互いに略同一形状、略同一寸法で、可動部２を介して、可動部２の両側部に略対称に設けられている。
可動部２の上面（後述する対向基板６と反対側の面）には、光反射部２１が設けられている。

また、アクチュエータ１００は、図１に示すように、駆動部１、１１が対応する支持部３、３に対して回動可能となるように、駆動部１、１１と支持部３、３とを連結する一対の第１の弾性連結部４、４を有している。また、可動部２が駆動部１、１１に対して回動可能となるように、駆動部１、１１と、可動部２とを連結する一対の第２の弾性連結部５、５を有している。

すなわち、可動部２は、第２の弾性連結部５、５を介して、駆動部１、１１に接続され、駆動部１、１１は、それぞれ、第１の弾性連結部４、４を介して支持部３、３に接続されている。
ここで、第２の弾性連結部５、５は、略同一形状かつ略同一寸法をなしている。
また、第１の弾性連結部４、４の回動中心軸と、第２の弾性連結部５、５の回動中心軸とは同軸的に設けられており、これらが回動中心軸（回転軸）４１となる。

ここで、各第１の弾性連結部４は、それぞれ、回動中心軸４１を中心に互いに等間隔（所定距離）だけ離間した２本の連結部材４２、４２で構成されている。
連結部材４２、４２は、互いに略同一寸法、同一形状をなしており、駆動部１、１１の駆動時に、主として曲げ変形を生じるものである。
また、図１に示すように、第２の弾性連結部５の幅（回動中心軸４１に対してほぼ垂直な方向の両端部の間の長さ）をａ、各連結部材４２の幅をｂとすると、幅ａと幅ｂとは、略等しく形成されている。

また、図２に示すように、第１の弾性連結部４、４の厚さ（上下方向の長さ）ｃと第２の弾性連結部５、５との厚さｄとは、略等しく形成されている。
さらに、各連結部材４２の長さ（左右方向の長さ）をｅ、第２の弾性連結部５、５の長さをｆとすると、ｅとｆとは、略等しく形成されている。
これらの駆動部１、１１、可動部２、支持部３、３、第１の弾性連結部４、４および第２の弾性連結部５、５は、後述するように、例えば、シリコン等を主材料として、好ましくは一体的に形成されている。

また、図２に示すように、本実施形態のアクチュエータ１００は、駆動部１、１１および可動部２に対向するように設けられた対向基板６を有している。
この対向基板６は、各種ガラスやシリコン等を主材料として構成され、支持部３、３に接合されている。
対向基板６は、図２および図３に示すように、可動部２に対応する位置に開口部６１が形成されている。この開口部６１は、可動部２が回動（振動）する際に、対向基板６に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）６１を設けることにより、アクチュエータ１００全体の大型化を防止しつつ、可動部２の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。

なお、逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも対向基板６の下面（可動部２と反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、対向基板６の上面に形成された凹部で構成することもできる。
また、図２および図３に示すように、対向基板６の上面（駆動部１、１１側の面）には、駆動部１に対応する位置に、一対の電極７が、回動中心軸４１を中心にほぼ対称となるように設けられ、また、駆動部１１の両端部に対応する位置に、一対の電極７が、回動中心軸４１を中心にほぼ線対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態では、一対の電極７が２組（合計４個）、設けられている。

駆動部１、１１と各電極７とは、図示しない電源に接続されており、駆動部１、１１と各電極７との間に交流電圧（駆動電圧）を印加できるよう構成されている。
なお、駆動部１、１１の各電極７と対向する面には、それぞれ、絶縁膜（図示せず）が設けられている。これにより、駆動部１、１１と各電極７との間での短絡が発生するのが好適に防止される。

上述したようなアクチュエータ１００は、駆動部１、１１と第１の弾性連結部４、４とからなる第１の振動系と、可動部２と第２の弾性連結部５、５とからなる第２の振動系とを有する２自由度振動系を構成する。
このようなアクチュエータ１００は、次のようにして駆動する。
すなわち、駆動部１、１１と各電極７との間に、例えば、正弦波（交流電圧）等を印加すると、具体的には、例えば、駆動部１、１１をアースしておき、図３中上側の２つの電極７に、図４（ａ）に示すような単相半端整流の波形の電圧を印加し、下側の２つの電極７に、図４（ｂ）に示すような、図（ａ）の波形の電圧に対して位相が１８０°ずれた波形の電圧を印加すると、駆動部１、１１と各電極７との間にクーロン力（静電気力）が生じる。

クーロン力は、正弦波の位相の変化によりその大きさ（強さ）が変化する。
このクーロン力により、連結部材４２、４２が、それぞれ、主として曲げ変形する。
ここで、各連結部材４２は、単独では主として曲げ変形が生じる（曲げ応力がかかる）が、第１の弾性連結部４（第１の振動系）全体としては、回動中心軸４１まわりに主としてねじり変形が生じる。これにより、駆動部１、１１が、回動中心軸４１（第１の弾性連結部４）を軸に振動（回転）する。
そして、この駆動部１、１１の振動（駆動）に伴って、第２の弾性連結部５、５が、ねじり応力を受けて、主としてねじり変形し、第２の弾性連結部５、５を介して連結されている可動部２も、回動中心軸４１（第２の弾性連結部５）を軸に振動（回転）する。

次に、第１の弾性連結部４、４と第２の弾性連結部５、５との断面２次モーメント、ねじり剛性の関係を、代表的に図１中右側の第１の弾性連結部４と第２の弾性連結部５を用いて説明する。
第１の弾性連結部４および第２の弾性連結部５の断面２次モーメント（変形しにくさの係数）は、弾性連結部４および５の形状や断面積によりその値が決定される。

第１の弾性連結部４、４と、第２の弾性連結部５、５とを前記の形状や配置や寸法とすることにより、第２の弾性連結部５に対して、第１の弾性連結部４の、図心を通る回動中心軸４１に関する断面２次モーメントが大きく設定されている。
一方、第１の弾性連結部４と第２の弾性連結部５とのねじり剛性は、それぞれ、弾性係数と、断面２次モーメントの積で表される。

第１の弾性連結部４、４と第２の弾性連結部５、５とを、前記の形状や配置や寸法や材質とすることにより、第２の弾性連結部５に対して第１の弾性連結部４の、回動中心軸４１まわりのねじり剛性が大きく設定されている。
これにより、駆動部１の振動を抑えつつ、可動部２の回転角度（振れ角）を大きいものとすることができる。

また、第１の弾性連結部４が、連結部材４２、４２で構成されているため、各第１の弾性連結部４が１本の場合に比べて、各連結部材４２と駆動部１、１１との各接触部に発生する応力を緩和することができる。これにより、駆動部１、１１の弾性変形が、確実に防止されるため、駆動部１、１１のねじり振動以外の振動が低減または防止され、その回転動作が円滑に行われる。
また、駆動部１、１１の駆動時に、各連結部材４２が、主として曲げ変形を生じることにより、以下の効果が生じる。

（１）駆動部１、１１の弾性変形が、より確実に防止されるため、駆動部１、１１の回転動作がより円滑に行われる。これによって駆動部１、１１の駆動に対する可動部２の追従性（応答性）が非常によく、振動特性（挙動特性）に優れるアクチュエータ１００が得られる。
（２）各連結部材４２が、主としてねじり変形を生じる場合に比べて、第１の弾性連結部４のねじり剛性をさらに大きくすることができるため、可動部２の回転角度（振れ角）をより大きいものとすることができる。

ここで、駆動部１の回動中心軸４１に対してほぼ垂直な方向（長手方向）の端部１２との間の距離（長さ）をＬ_１とし、駆動部１１の回動中心軸４１に対してほぼ垂直な方向（長手方向）の端部１２との間の距離（長さ）をＬ_２とし、可動部２の回動中心軸４１に対してほぼ垂直な方向の端部１３との間の距離（長さ）をＬ_３としたとき、本実施形態では、駆動部１、１１が、それぞれ独立して設けられているため、駆動部１、１１と、可動部２とが干渉せず、可動部２の大きさ（長さＬ_３）にかかわらず、Ｌ_１およびＬ_２を小さくすることができる。これにより、駆動部１、１１の回転角度（振れ角）を大きくすることができ、可動部２の回転角度を大きくすることができる。

また、Ｌ_１およびＬ_２を小さくすることにより、駆動部１、１１と各電極７との間の距離を小さくすることができ、これにより、静電気力が大きくなり、駆動部１、１１と各電極７に印加する交流電圧を小さくすることができる。
ここで、駆動部１、１１および可動部２の寸法は、それぞれ、Ｌ_１＜Ｌ_３かつＬ_２＜Ｌ_３なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。

前記関係を満たすことにより、Ｌ_１およびＬ_２をより小さくすることができ、駆動部１、１１の回転角度をより大きくすることができ、可動部２の回転角度をさらに大きくすることができる。
この場合、可動部２の最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。

また、このように、Ｌ_１およびＬ_２を小さくすることにより、駆動部１、１１と各電極７との間の距離をより小さくすることができ、駆動部１、１１と各電極７に印加する交流電圧をさらに小さくすることができる。
これらによって、駆動部１、１１の低電圧駆動と、可動部２の大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。

このため、このようなアクチュエータ１００を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合、より容易に装置を小型化することができる。
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ_１とＬ_２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ_１とＬ_２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。

ところで、このような２自由度振動系のアクチュエータ１００では、駆動部１、１１および可動部２の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図５に示すような周波数特性が存在している。
すなわち、駆動部１、１１と、可動部２の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ_１［ｋＨｚ］、ｆｍ_３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ_１＜ｆｍ_３）と、駆動部１、１１の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ_２［ｋＨｚ］とを有している。

このアクチュエータ１００では、駆動部１、１１と電極７との間に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ_１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、駆動部１、１１の振幅を抑制しつつ、可動部２の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。
なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ_１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ_１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ_１＋１）の条件を満足することを意味する。
駆動部１、１１の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
可動部２の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。

また、第１の弾性連結部４のばね定数ｋ_１は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎ・ｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎ・ｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎ・ｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。一方、第２の弾性連結部５のばね定数ｋ_２は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎ・ｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎ・ｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎ・ｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、駆動部１、１１の振れ角を抑制しつつ、可動部２の振れ角をより大きくすることができる。

また、第１の弾性連結部４のばね定数ｋ_１と第２の弾性連結部５のばね定数ｋ_２とは、ｋ_１＞ｋ_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部１、１１の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
なお、第１の弾性連結部４のねじれ剛性、断面２次モーメントおよびばね定数ｋ１の値は、２つの連結部材４２、４２を一体的なものとみなして求められるものである。
さらに、駆動部１の慣性モーメントをＪ_１とし、前記可動部２の慣性モーメントをＪ_２としたとき、Ｊ_１とＪ_２とは、Ｊ_１≦Ｊ_２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ_１＜Ｊ_２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、駆動部１、１１の振れ角を抑制しつつ、可動部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

ところで、駆動部１、１１と第１の弾性連結部４、４とからなる第１の振動系の固有振動数ω_１は、駆動部１、１１の慣性モーメントをＪ_１と、第１の弾性連結部４のばね定数ｋ_１とにより、ω_１＝（ｋ_１／Ｊ_１）^１／２によって与えられる。一方、可動部２と第２の弾性連結部５、５とからなる第２の振動系の固有振動数ω_２は、可動部２の慣性モーメントをＪ_２と、第２の弾性連結部５のばね定数ｋ_２とにより、ω_２＝（ｋ_２／Ｊ_２）^１／２によって与えられる。
このようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω_１と第２の振動系の固有振動数ω_２とは、ω_１＞ω_２の関係を満足するのが好ましい。これにより、駆動部１、１１の振れ角を抑制しつつ、可動部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

なお、本実施形態のアクチュエータ１００は、一対の第１の弾性連結部４および一対の第２の弾性連結部５のうち少なくとも１つが、その内部にピエゾ抵抗素子を備えたものであるのが好ましい。これにより、例えば、回転角度および回転周波数を検出したりすることができ、また、その検出結果を、可動部２の姿勢の制御に利用することができる。
このようなアクチュエータ１００は、例えば、次のようにして製造することができる。
図６〜図８は、それぞれ、実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図６〜図８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

［Ａ１］ まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板（共通の基材）３０を用意する。
次に、シリコン基板３０の上面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、図６（ｂ）に示すように、支持部３、３の形状に対応するように、レジストマスク３２を形成する。

そして、このレジストマスク３２を介して、シリコン基板３０の他方の面側をエッチングした後、レジストマスク３２を除去する。これにより、図６（ｃ）に示すように、支持部３、３に対応する部分以外の領域に凹部３００が形成される。
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

なお、以下の各工程のエッチングにおいて、同様の方法を用いることができる。
次に、再度、シリコン基板３０の上面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、図７（ｄ）に示すように、駆動部１、１１、可動部２、支持部３、３、第１の弾性連結部４、４および第２の弾性連結部５、５を、図２中下面側から見た形状に対応するように、レジストマスク３３を形成する。

そして、このレジストマスク３３を介して、シリコン基板３０の上面側を、下面側に貫通するまでエッチングした後、レジストマスク３３を除去する。これにより、図７（ｅ）に示すように、駆動部１、１１、可動部２、支持部３、３、第１の弾性連結部４、４および第２の弾性連結部５、５が形成された構造体５０が得られる。
この後、可動部２上に金属膜を成膜し、光反射部２１を形成する。

金属膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等が挙げられる。
なお、以下の各工程の金属膜の成膜において、同様の方法を用いることができる。

［Ａ２］ 次に、図８（ｆ）に示すように、対向基板６を形成するためのシリコン基板６０を用意する。
そして、シリコン基板６０の一方の面に、開口部６１を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスクを形成する。
次に、この金属マスクを介して、シリコン基板６０の一方の面側をエッチングした後、金属マスクを除去する。これにより、図８（ｇ）に示すように、開口部６１が形成された対向基板６が得られる。

次に、対向基板６上に、図８（ｈ）に示すように、電極７を形成する。
電極７は、対向基板６の開口部６１が形成された面に金属膜を成膜し、電極７の形状に対応するマスクを介して金属膜をエッチングを行った後、マスクを除去することにより形成することができる。
なお、電極７は、開口部６１を形成するのに先立って、形成するようにしてもよい。

［Ａ３］ 次に、図８（ｉ）に示すように、前記工程［Ａ１］で得られた構造体の支持部３、３と、前記工程［Ａ２］で得られた対向基板６とを、例えば、直接接合、Ｎａイオンを含有するガラス材料を介した陽極接合等により接合して接合体を得る。
なお、対向基板６を形成するための基板としてガラス基板を用いる場合には、開口部６１の形成には、前述したようなエッチング法の他、例えば、ショットブラスト、サンドブラスト、レーザー加工等の方法を用いることができる。
また、この場合、前記構造体との接合には、例えば陽極接合等を用いることができる。
以上のようにして、実施形態のアクチュエータ１００が製造される。

なお、本製造方法では、シリコン基板３０の凹部３００側からエッチングを施して駆動部１、１１、可動部２、支持部３、３、第１の弾性連結部４、４および第２の弾性連結部５、５を一体的に形成したが、これに限らず、シリコン基板３０の凹部３００と反対側からエッチングを施して駆動部１、１１、可動部２、支持部３、３、第１の弾性連結部４、４および第２の弾性連結部５、５を一体的に形成してもよい。

以上説明したようなアクチュエータ１００は、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の光スキャナ、イメージング用ディスプレイ等に好適に適用することができる。
以上、本発明のアクチュエータについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

また、本発明のアクチュエータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、光反射部２１が可動部２の一方の面に設けられている構成について説明したが、例えば、両方の面に設けられている構成であってもよい。
また、前述した実施形態では、対向基板６上に電極７が設けられている構成について説明したが、対向基板６と駆動部１、１１の両方に設けられていてもよい。

また、前述した実施形態では、駆動部１、１１に対応する位置に、それぞれ一対の電極７を設けたが、これに限らず、それぞれ、電極７を１つ、もしくは３つ以上設けてもよい。
なお、駆動部１、１１に対応する位置に、それぞれ１つの電極７を設けた場合は、例えば、オフセット電圧を加えた、最小電位がグランド電位である正弦波（交流電圧）等を印加するのが好ましい。

また、前述した実施形態では、駆動部１、１１の電極７と対向する面に、短絡防止用の絶縁膜が設けられている構成について説明したが、例えば、このような絶縁膜は、電極７の表面に設けられていてもよいし、両方に設けられていてもよい。
また、前述した実施形態では、駆動部が一対で設けられる構成のものであったが、駆動部は、可動部を囲むように設けられる構成のものであってもよい。

また、前述した実施形態では、第１の弾性連結部４、４の特性は、主として曲げ変形するもの（主として曲げ特性を有するもの）であればよい。例えば、曲げ変形とねじり変形の両方の特性を有するもの等であってもよい。
また、第１の弾性連結部４は、第２の弾性連結部５に比べてねじり剛性が大きく設定されていれば、第１の弾性連結部４の形状、配置、寸法、材質等は、図示のものに限らず、前述したもの（図示したもの）に限定されない。

図９は、第１の弾性連結部の変形例を示す平面図である。
第１の弾性連結部４のねじり剛性が大きいもの（構成）には、一例として、以下の（ａ）〜（ｊ）が挙げられる。
（ａ）第２の弾性連結部５の幅ｂより連結部材４２（第１の弾性連結部４）の幅ａが大きいもの。（ｂ）連結部材４２の長さｅを第２の弾性連結部５の長さｆより短いもの。（ｃ）連結部材４２に１つまたは複数個（図示では１つ）の貫通孔が形成されているもの。（ｄ）回動中心軸４１に同軸的に設けられた連結部材４２から回動中心軸４１を介して互いに反対方向に、駆動部１（１１）に向かって２本の連結部材４２が延設されたもの。（ｅ）回動中心軸４１の両側に、それぞれ、２本以上（図示では２本）の連結部材４２が配置されたもの。（ｆ）各連結部材４２の一端側と他端側とが回動中心軸４１を介してそれぞれ反対側に位置するもの。（ｇ）各連結部材４２が互いに交差するように複数個形成されているもの。（ｈ）、（ｉ）連結部材４２の一部または全部が湾曲または屈曲しているもの。（ｊ）連結部材４２が、平面視で略Ｈ型をしているもの等が挙げられ、これら（ａ）〜（ｊ）のうちの１つまたは２つ以上の構成の組み合わせを用いることができる。

本発明のアクチュエータの実施形態を示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すアクチュエータの電極の配置を示す平面図である。 印加する交流電圧の一例を示す図である。 印加した交流電圧の周波数と、駆動部および可動部の共振曲線を示すグラフである。 実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である 実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である 第１の弾性連結部の変形例を示す平面図である。 従来のアクチュエータを説明するための図である。

符号の説明

１００……アクチュエータ １、１１……駆動部 ２……可動部 １２、１３……端部 ２１……光反射部 ３……支持部 ４……第１の弾性連結部 ４１……回動中心軸 ４２……連結部材 ５……第２の弾性連結部 ６……対向基板 ６０……シリコン基板 ６１……開口部 ７……電極 １０……端子 ３０……シリコン基板 ５０……構造体 ３００……凹部 ３１……金属マスク ３２、３３……レジストマスク Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３……距離 １２００……スペーサ １３００……可動電極板 １３００ａ……両端固定部 １３００ｂ……トーションバー １３００ｃ……可動電極部 １４００……固定電極 １５００……電源 １６００……スイッチ １０００……ガラス基板 ａ、ｂ……幅 ｃ、ｄ……厚さ、 ｅ、ｆ……長さ

Claims (4)

1. 支持部と、可動部と、前記可動部を介して該可動部の両側部に１つずつ設けられた一対の駆動部と、各前記駆動部と前記支持部とを、各前記駆動部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する一対の第１の弾性連結部と、各前記駆動部と前記可動部とを、前記可動部が各前記駆動部に対して回動可能となるように連結する一対の第２の弾性連結部とを備え、シリコンで構成された構造体と、
   前記可動板および各前記駆動部と対向するように設けられた対向基板とを有し、
   前記支持部、前記可動部、各前記駆動部、各前記第１の弾性連結部および各前記第２の弾性連結部がシリコンで一体的に形成され、
   各前記第１の弾性連結部は、前記可動部の回動中心軸を中心に、互いに所定距離離間した２本の連結部材で構成され、
   前記対向基板の前記可動板および各前記駆動部側の面には、各前記駆動部に対応する位置に、一対の電極が、前記回動中心軸を中心に対称となるように設けられており、
   前記駆動部と前記電極との間に交流電圧を印加することにより、各前記連結部材を曲げ変形させつつ各前記駆動部を前記回動中心軸を中心に回動させ、それに伴い、前記第２の弾性連結部をねじり変形させつつ前記可動部を回動させるアクチュエータであって、
   各前記連結部材および各前記第２の弾性連結部の形状は、互いに等しく、
   各前記第１の弾性連結部のばね定数は、１×１０ ^−４ 〜１×１０ ^４ Ｎ・ｍ/ｒａｄであり、
   各前記第２の弾性連結部のばね定数は、１×１０ ^−４ 〜１×１０ ^４ Ｎ・ｍ/ｒａｄであり、
   前記第２の弾性連結部に対して、前記第１の弾性連結部の、前記回動中心軸まわりのねじり剛性が大きいことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記第２の弾性連結部に対して、前記第１の弾性連結部の断面２次極モーメントが大きい請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記可動部に、光反射部が設けられている請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記交流電圧の周波数が、前記駆動部と前記可動部とが共振する２自由度振動系の共振周波数のうち低いものと略等しくなるように設定されている請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータ。

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